不同条件对小麦秸秆粉吸附硝基苯的影响

不同条件对小麦秸秆粉吸附硝基苯的影响

摘要：通过考察时间、温度、初始pH、硝基苯初始浓度、小麦秸秆粉粒径和用量对硝基苯静态吸附的影响，探讨了小麦秸秆粉作为一种廉价吸附剂的可行性。结果表明，粒径为150～380 μm的小麦秸秆粉对硝基苯的去除效果最好，吸附平衡时间约为60 min，硝基苯的吸附随温度的升高而增加，pH影响较小。

关键词：小麦秸秆粉；硝基苯；吸附；影响因素

Effects of Different Conditions on the Absorption Ability to Nitrobenzene of Wheat Straw Powder

Abstract：The possibility of using wheat straw powder as a low-cost adsorbent to remove nitrobenzene（NB）from aqueous solution was discussed by investigating the effects of particle size，time，temperature，pH，dose and initial concentration on its static absorption ability. The results showed that the optimum particle size of wheat batch was 150～380 μm，the equilibration absorption time was about 60 min. Adsorption ability of wheat straw batch increased with temperature increasing；while pH had little effect.

Key words：wheat straw powder；nitrobenzene；adsorbent；influential factor

硝基苯是一种在化工行业被广泛应用的基础原料，主要应用于医药、染料、农药及炸药等行业。但硝基苯同时也是高毒性物质，已被列入世界“环境优先控制有毒有机污染物”名单的前列[1]，对其在工业废水中的排放国际上有极为严格的限制。美国环保局已将其列入129种优先控制污染物之中。

目前，国内外处理硝基苯废水的主要方法有物理吸附[2]、化学氧化法[3]和生物降解法[4]。其中已有很多利用吸附法处理硝基苯废水的研究，但多数传统吸附材料都十分昂贵。因此亟待寻找高效、低廉的吸附剂。

小麦秸秆是数量广泛的农业生产副产品[5]，但是往往被视为农业废弃物。本研究探讨了小麦秸秆粉对低浓度硝基苯废水的去除效果和影响因素，结果表明，吸附后的水质可达污水综合排放标准（GB 8978—1996）一级标准（2.0 mg/L）。

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1 小麦秸秆小麦秸秆取自盐城周边农家，用粉碎机粉碎，再用去离子水浸泡，自然风干后在70 ℃下烘干10 h，密封保存。

1.1.2 仪器精密酸度计（奥立龙868，东莞市塘厦宏星仪器厂）、多功能搅拌器（DC-2，巩义市英峪予华仪器厂）、气流烘干器（KQ-C，巩义市英峪予华仪器厂）、电热恒温鼓风干燥箱（DHG-9140A，上海精宏实验设备有限公司）、电子天平（BLp 1.

2.2 静态吸附试验取硝基苯的污染水样100 mL置于250 mL的三角瓶内。加入定量的小麦秸秆粉末，将三角瓶放入恒温振荡器内，振荡吸附（转速160 r/min）。采用单因素变量法，考察小麦秸秆粉粒径、小麦秸秆粉用量、吸附时间、介质pH、硝基苯初始浓度等因素对吸附效果的影响。定时取2 mL样品，立即使用注射器滤头（13 mm×0.45 μm）分离。对上层清液采用高效液相色谱法（HPLC）分析其剩余硝基苯浓度。

2 结果与分析

2.1 小麦秸秆粉粒径的选择

将粉碎的小麦秸秆粉过20目（粒径830 μm）、40目（粒径380 μm）、100目（粒径150 μm）的筛子，得到粒径分别为：>830 μm、380～830 μm、150～380 μm、<150 μm 。用剪刀将长秸秆剪短成长度约为5 mm的条状秸秆。研究5种不同粒径秸秆对硝基苯的吸附能力，结果如图1所示。由图1可知，小麦秸秆对硝基苯的去除能力整体规律是粒径越小，去除率较大。条状秸秆的去除率最低，仅为38.4%，吸附量0.38 mg/g；粒径大于830 μm及380～830 μm的秸秆粉去除率相近，分别为67.8%和65.9%，吸附量分别为0.70 mg/g及0.69 mg/g；粒径为150～380 μm及小于150 μm的秸秆粉去除率相近，分别为77.2%和76.0%，吸附量分别为0.79 mg/g及0.78 mg/g。对比试验后决定，选用粒径在150～380 μm之间的秸秆粉进行试验。2.2 吸附时间的影响

在25 ℃、硝基苯初始浓度30 mg/L、粒径150～380 μm的小麦秸秆粉用量为30 g/L时，研究小麦秸秆粉对硝基苯的吸附量随时间的变化规律，结果如图2所示。由图2可知，小麦秸秆粉对硝基苯的吸附平衡时间约为60 min，前20 min 是吸附量急剧增加的阶段，20 min后吸附逐渐变得缓慢，并最终达到平衡。

2.3 温度的影响

在硝基苯初始浓度30 mg/L、粒径150～380 μm的小麦秸秆粉用量30 g/L时，研究温度对小麦秸秆吸附效果的影响，结果如图3所示。由图3可知，吸附温度在35 ℃时，小麦秸秆对硝基苯的去除率比15 ℃和25 ℃的高，但影响不大，且随着时间的延长，这种影响被逐渐弱化。进一步考虑到，温度低于或高于室内温度时处理费用的增加，故选定吸附温度为室温25 ℃。

2.4 初始pH的影响

溶液的pH通常会对吸附效果产生影响[6]。在25 ℃、硝基苯初始浓度30 mg/L、粒径150～380 μm的小麦秸秆粉用量30 g/L、吸附时间为60 min时，研究初始pH值对小麦秸秆吸附效果的影响，结果如图4所示。由图4可知，pH 等于3时，小麦秸秆对硝基苯的去除率为63.7%，pH等于5时去除率为72.5%，pH 等于7时去除率为60.0%，pH等于9时去除率为60.8%，虽然酸性条件下小麦秸秆粉对硝基苯的吸附量略好一些，但是整体上pH对小麦秸秆粉去除硝基苯效果的影响不大。同样考虑到成本的增加，后续试验不调节溶液的pH，以天然溶液作为试验条件。

2.5 小麦秸秆粉用量的影响

在温度25 ℃、硝基苯初始浓度30 mg/L、不调节pH条件下，研究小麦秸秆粉用量的影响。分别用10、20、30、40 g/L、粒径为150～380 μm的小麦秸秆粉测定样本中硝基苯的平衡浓度。

随着小麦秸秆粉用量的增加，对硝基苯去除率也随之增加。秸秆粉用量为10 g/L时对硝基苯的平均去除率仅为38.86%，20 g/L时平均去除率为45.79%，30 g/L时平均去除率为59.97%，40 g/L时平均去除率为63.33%。试验过程中，对硝基苯的去除率最高可达75.00%。另一方面，样品用量增加时吸附量却明显下降（表1）。当秸秆粉用量为30 g/L时，小麦秸秆对硝基苯的去除效果达到最优，此时，去除率为59.97%，吸附量为0.60 mg/g。

2.6 硝基苯初始浓度的影响

在温度25 ℃、30 g/L粒径为150～380 μm的小麦秸秆粉用量、不调节pH 条件下，设定硝基苯污染水样初始浓度分别为10、20、30、40 mg/L，测定小麦秸秆粉对硝基苯的吸附效果。